LITERATUURGEGEVENS ( 26 T/M 37) Stikstoffracties: Fosfaatfracties: Ntotaal = 4,0 – 10,0 mg/l NH4-N = 0,5 – 2,0 mg/l NO3-N = 2,0 – 5,0 mg/l Norg-opgelost = 0,5 – 1,5 mg/l Norg-gebonden = 0,5 - 1,5 mg/l Ptotaal = 0,3 – 2,0 mg/l Portho = 0,1 – 1,8 mg/l Porg-opgelost = 0,05 – 0,3 mg/l Porg-gebonden = 0,05 – 0,5 mg/l
2.9 REDENEERTRANT VAN B NAAR A-NIVEAU EFFLUENT
Aan de hand van de theoretische mechanismen is een redeneertrant opgesteld om vanuit de huidige situatie het B- effluent en het A-niveau effluent te kunnen produceren. Deze rede-neertrant dient als basis voor de analyse van de belangrijkste procesparameteres in de inven-tarisatie (hoofdstuk 3) en de modelexercities (in hoofdstuk 4). Hierin zijn de randvoorwaar-den en optimale instellingen per uitvoeringsvorm vastgesteld waarmee het actief-slibproces ultralage effluentwaarden voor N en P kan behalen. Per vereiste maatregel zijn de kosten, effectiviteit, efficiëntie, robuustheid en veiligheid op basis van kwalitatieve verschillen beschreven.
Binnen de redeneertrant zijn de volgende aandachtspunten onderscheiden:
• de CZV/BZV/N/P-verhouding van het influent (via voorbehandeling en rejectiewater samenstelling);
• de hydraulische aanvoervariaties; • de slibbelasting;
• de recirculatieverhoudingen; • de temperatuursinvloeden; • het type slibretentie; • de meet- en regeltechniek.
2.9.1 BZV/N/P-VERHOUDING
De verhouding tussen organische componenten en de nutriënten stikstof en fosfaat is belang voor het denitrificatieproces en de biologische fosfaatverwijdering.
2.9.1.1 BZV/N-verhouding en denitrificatie
Op basis van de chemische theorie wordt verondersteld dat bij een hoger BZV/N-verhou-ding het denitrificatieproces sneller en effectiever verloopt door de voldoende beschikbaar-heid van substraat. Hierbij is het echter wel van belang dat het BZV beschikbaar is of wordt gemaakt in de anoxische zones van het actief-slibproces. Uit de theorie volgt een stoichiome-trische verhouding van 2,86 gram BZV per gram te denitrificeren nitraatstikstof (exclusief BZV-verbruik voor celgroei en inbouw van stikstof in biomassa). In praktijksystemen blijkt echter dat ook bij influent BZV/N-verhoudingen < 2,5 lage N-waarden in het effluent aange-troffen worden. Dit komt doordat niet alle influent-stikstof na omzetting tot nitraat moet worden gedenitrificeerd: een relatief groot deel van de stikstof wordt namelijk afgevoerd via het spuislib, als effluent-ammonium of effluent-nitraat.
22
STOWA 2007-24 HET ACTIEF-SLIBPROCES
De BZV/N-verhouding is en blijft een belangrijke parameter bij het behalen van een voldoen-de vergaand voldoen-denitrificatieproces en daarmee lage nitraatconcentraties in het effluent. In voldoen-de modelexercities in hoofdstuk 4 wordt de invloed van de BZV/N-verhouding op de nitraatcon-centratie in het effluent bepaald door de influentsamenstelling te variëren zodat de BZV/ N-verhouding tussen 2 (voorbehandeling influent) en 3,5 (methanoldosering) in een aantal stappen wordt doorgerekend.
2.9.1.2 BZV/P-verhouding en biologische P-verwijdering
Voor de biologische fosfaatverwijdering moeten voldoende vetzuren beschikbaar zijn in de anaërobe zone van het actief–slibproces. Deze vetzuren worden met het influent aangevoerd of in de anaërobe zone vrijgemaakt door hydrolyse van biologisch afbreekbare organische stoffen. Vandaar dat de BZV/P-verhouding een indicatie kan zijn voor de haalbaarheid van het bio-P-proces. Op basis van de theorie wordt een minimaal gewenste verhouding tussen BZV en P in de toevoer naar de anaërobe zone verondersteld van >20 [ 4]. Vastgesteld is echter dat ook bij BZV/P-verhoudingen van 15 lage fosfaatconcentraties in het effluent (<0,3 mg P/l) worden gehaald. Deze actief-slibinstallaties maken echter gebruik van aanvullende simultane chemi-sche defosfatering. Het merendeel van de installaties die een fosfaatgehalte lager dan 0,5 mg P/l halen, hebben overwegend een BZV/P-verhouding tussen de 20 en 40.
De verhouding van BZV/P is bepalend voor de hoeveelheid beschikbaar te maken vetzuren in de anaërobe ruimte, maar is minder duidelijk een absolute limitering voor een voldoende verlopende fosfaatverwijdering aangezien chemische defosfatering (simultaan of in de gis-ting) veelal de biologische fosfaatverwijdering ondersteunt. Fosfaatgehalten lager dan 0,5 mg/l worden overwegend gehaald met een combinatie van biologische en chemische fosfaat-verwijdering.
Om de grenzen van het actief-slibprocs te bereiken en niveau A-effluent te kunnen produce-ren dient de BZV/P-verhouding minimaal 20 : 1 te zijn.
2.9.2 HYDRAULISCHE VARIATIES
Het actief-slibproces is gebaat bij een zo constant mogelijk aanvoer van afvalwater naar de biologische compartimenten. Zowel de hoeveelheid als de onderlinge verhoudingen van de verontreinigingen is daarbij van belang. Verondersteld wordt daarom dat een vlak DWA- partoon en een zo laag mogelijke RWA/DWA-verhouding een positief effect hebben op de (jaargemiddelde) effluentkwaliteit.
Bij RWA wordt de hydraulische verblijftijd in de anaërobe tank sterk verkort, wat een tijde-lijke negatieve invloed kan hebben op het bio-P proces, en daarmee op de effluentkwaliteit. De kortere hydraulische verblijftijd kan ook nadelig zijn voor de stikstofverwijdering. Op veel rwzi’s leidt de first-flush tot toename van de ammonium-effluentconcentratie doordat de nitrificatiecapaciteit van de biomassa niet voldoende is om deze ammoniumpiek direct te nitrificeren (ammonium kan immers in tegenstelling tot organische substraten niet snel wor-den geabsorbeerd en op een later tijdstip afgebroken). Ook komt voor dat de beluchtingsca-paciteit en/of de beluchterregeling te kort schiet om het zuurstofgehalte tijdens piekaanvoer op peil te houden. Dit zuurstoftekort kan ook leiden tot ongewenste fosfaatafgifte, waardoor ook de fosfaat-effluentkwaliteit kan verslechteren.
23
2.9.3 SLIBBELASTINGEen lagere slibbelasting (op BZV en N) kan een lager Ntotaal leveren. Bij stijgende
slibbelastin-gen stijgt de concentratie Ntotaal in het effluent licht. Installaties met een slibbelasting < 0,06
kg BZV/(kg ds.dag) kunnen naar verwachting tussen 4 en 5 mg Ntotaal/l komen. Voor
installa-ties met een slibbelasting van 0,045 kg BZV/(kg ds.dag) is 2 mg Ntotaal/l mogelijk.
Voor fosfaat wordt bij toenemende slibbelasting juist een afname van het effluentgehalte veroorzaakt. Verondersteld wordt dat dit te maken heeft met een hogere slibproductie en daarmee een verdergaande P-verwijdering (via spuislib).
2.9.4 RECIRCULATIE
Actief-slibconfiguraties met grote recirculatiestromen (zoals omloopsystemen en
Hoogvliet-varianten) hebben de potentie om lage Ntotaal-concentraties halen. Een hoge
recirculatiever-houding impliceert dat vrijwel alle gevormde nitraat een anoxische zone zal passeren, waar het de gelegenheid krijgt om te worden gedenitrificeerd. Bij een voldoende grote anoxische ruimte resulteert dit in lage concentraties voor totaal-stikstof (bij lage gehalten van orga-nische gebonden stikstofcomponenten) in het effluent. Bij een standaard influent kan op basis van een massabalans berekend worden dat voor het behalen van de B-kwaliteit (5 mg Ntotaal /l = 1,5 mg NH4-N/l, 2,5 mg NO3-N/l, 1 mg Norg-N/l) een minimale recirculatiefactor van 15 nodig is. Om de A-kwaliteit te halen moet zodoende de recirculatiefactor tenminste 35 zijn om voldoende laag in nitraat te komen. De omloopsystemen en de Hoogvlietvarianten voldoen hier reeds aan, (m)UCT-configuraties voldoen hier niet aan.
2.9.5 TEMPERATUUR
Bij een hogere temperatuur verlopen de biologische processen sneller. Doordat de nitrificatie sneller verloopt is in principe een kleiner belucht volume benodigd, zodat een groter deel van de installatie beschikbaar kan zijn voor de denitrificatie. Op basis hiervan kan worden
verondersteld dat bij een hogere temperatuur een lagere Ntotaal-concentratie in het effluent
haalbaar zou moeten zijn.
Een hogere temperatuur leidt daarentegen ook tot een hogere mineralisatie en daarmee een lagere slibproductie. Voor de biologische fosfaatverwijdering geldt dat deze gebaat is bij een hoge slibproductie. Op basis hiervan kan worden verondersteld dat bij een hogere
tempera-tuur de Ptotaal-effluentconcentratie enigszins kan toenemen.
Verhoging van de procestemperatuur kan plaatsvinden door toepassing van bellenbeluch-ting in plaats van oppervlaktebeluchter, afdekking van procesonderdelen (voorbezinktanks en actief-slibtanks) en gebruik van restwarmte (intern of extern). Het STOWA-onderzoek Communaal afvalwater op temperatuur houden voor actiever slib in RWZI’s [17] geeft hier nadere informatie over.
2.9.6 SLIBRETENTIE
Voor de verwijdering van stikstof en fosfaat uit het effluent van het actief-slibproces is de manier van slibrententie van ondergeschikt belang aangezien de aandachtstoffen met name in opgeloste vorm voorkomen.
Bij gebruik van nabezinktanks is aanpassing van de slibretentie geen optie, maar is de beheer-sing van de SVI een aandachtspunt dat gerelateerd is aan het actief-slibproces. Een voldoende hoge fractie belucht slib lijkt de groei van Microtrix parvicella te verminderen [18]. Ook het toepassen van een selector kan in sommige gevallen de groei van verschillende soorten draad-vormers belemmeren.
24
STOWA 2007-24 HET ACTIEF-SLIBPROCES
Toepassing van membranen in plaats van nabezinktanks heeft tot gevolg dat de aan (fijne) deeltjes gerelateerde stikstof- en fosfaatcomponenten verwijderd worden. Hierdoor kan een beperkte (maar mogelijk essentiële) verbeteringsslag ten opzichte van nabezinktanks worden behaald.
2.9.7 MEET- EN REGELSTRATEGIEËN
Bij de prestatie van een rwzi speelt ook de regeling een belangrijke rol. Deze heeft tot doel om te zorgen dat de procescondities in de verschillende delen van het zuiveringssysteem op-timaal zijn voor het verloop van de betrokken processen. Het belang van een goede meet- en regelstrategie neemt toe naarmate de effluenteisen strenger worden. De standaard
effluen-teisen van stikstof < 10 mg Ntotaal/l en fosfaat < 1 mg Ptotaal/l zijn in vele gevallen ook haalbaar
zonder optimale metingen en strategie. Een onderbelaste installatie met een niet optimaal ingestelde eenvoudige zuurstofregeling kan soms zonder problemen aan deze eisen voldoen. Indien deze installaties aan B-kwaliteit moeten gaan voldoen, worden de eisen die aan de metingen en regelingen (zowel van de beluchting als de recirculatiedebieten) worden gesteld stringenter.
Voor een vergaande stikstofverwijdering is het van belang dat een optimale afwisseling plaats vindt tussen aërobe en anoxische ruimtes. Indien te veel zuurstof wordt ingebracht kan dit ten koste gaan van de denitrificatiecapaciteit. In een omloopsysteem kan een te hoge zuur-stofinbreng leiden tot verlies van anoxische zones, in een (m)UCT of Hoogvliet systeem tot onnodige terugvoer van zuurstof naar de anoxische tank. Indien te weinig zuurstof wordt ingebracht zal het ammoniumgehalte oplopen, wat ook leidt tot een onnodige toename van het stikstof-totaal gehalte.
Voor een vergaande biologische fosfaatverwijdering is een optimale regeling eveneens van belang. Te veel zuurstofinbreng kan leiden tot onnodig hoge zuurstof- en nitraatgehaltes in de recirculatiestroom naar de anaërobe tank, wat leidt tot een slechtere fosfaatafgifte en een minder goede biologische fosfaatverwijdering. Te weinig zuurstof, met name aan het eind van het systeem waar het actiefslib de nabezinktanks inloopt, kan leiden tot ongewenste
fos-faatafgifte. Dit heeft direct een verhoging van het Portho-gehalte van het effluent tot gevolg.
Een goede procesregeling is gebaseerd op informatie over de actuele toestand van het pro-ces. Deze informatie kan betrekking hebben op het verloop van de deelprocessen (aan de hand van gemeten fosfaat-, ammonium- en nitraatconcentraties), of op de heersende proces-condities die de processen beïnvloeden (bijvoorbeeld zuurstofconcentratie, redoxpotentiaal). Belangrijk hierbij is het kiezen van de meest representatie plaatsen in het systeem waar de metingen worden uitgevoerd. Op basis van de metingen stelt het regelsysteem vast of de gemeten procesparameters overeenkomen met het tevoren gedefinieerde optimum (bijvoor-beeld zuurstofsetpoint of verhouding tussen ammonium- en nitraatconcentratie). Bij afwij-king van het optimum wordt een stuuractie doorgegeven aan de procesinstallatie (bijvoor-beeld wijziging van beluchtingsintensiteit, pompdebiet) om de gewenste situatie zo dicht mogelijk te benaderen en vast te houden.
Afhankelijk van het procestype, de ontwerpfilosofie, de toegepaste hard- en software en de locale omstandigheden worden diverse uiteenlopende meet- en regelsystemen toegepast. De meet/regelkarakteristiek van het integrale zuiveringssysteem wordt niet alleen bepaald door de combinatie van metingen, regelalgorithmes en setpoints, maar ook door het capaciteits-bereik van de betrokken apparaten (bijvoorbeeld beluchtingscompressoren, regelkleppen) en de karakteristiek van ingebouwde machinebesturingssystemen. De optimalisatie van deze
25
integrale systemen is maatwerk, waarvoor algemene principes kunnen worden aangegeven, maar waarvan de uitwerking per rwzi verschillend zal zijn.
Ook de instellingen van de regeling, de snelheid van handelen en de stabiliteit van de rege-ling, spelen hierbij een rol. Met de juiste informatie en een goed ingestelde procesregeling kan worden ingespeeld op belastingvariaties en piekaanvoeren, waardoor onder alle omstan-digheden het optimale resultaat kan worden gehaald.
26
STOWA 2007-24 HET ACTIEF-SLIBPROCES